(57)【要約】【課題】  装置全体の大型化を招くことなく、対物レンズを高精度に温調することができる顕微鏡装置を提供すること。【解決手段】  顕微鏡装置は、被検物を結像する対物レンズ４０と、熱輸送部材５０１ｂを含み対物レンズ４０を囲うチャンバ５０１と、チャンバ５０１の内部に温調空気を供給する温調器５０２と、熱輸送部材５０１ｂと熱的に接続されて温調空気と熱交換を行う熱交換器５０３と、を有する。【選択図】  図５
2013117634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物を結像する対物レンズと、
熱輸送部材を含み該対物レンズを囲うチャンバと、
該チャンバの内部に温調空気を供給する温調器と、
前記熱輸送部材と熱的に接続されて前記温調空気と熱交換を行う熱交換器と、
を有することを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
前記温調空気の流速をｕ、前記対物レンズと前記熱交換器との距離をｄ、前記熱交換器の上流端と前記チャンバの下流端との該流速ｕの方向における距離をＺ、とするとき、
Ｚ＜Ｃ×ｕ×ｄ２
但し、
Ｃ＝０．０４８９／ν×Ｐｒ２／３
ν：温調空気の動粘性係数
Ｐｒ：温調空気のプラントル数
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項３】
前記チャンバは、断熱部材を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡装置。
【請求項４】
前記熱輸送部材は、ヒートパイプまたは液冷管を含むこと特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の顕微鏡装置。
【請求項５】
前記チャンバは、前記熱交換器よりも上流側において前記熱輸送部材と熱的に接続されたペルチェ素子を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の顕微鏡装置。
【請求項６】
前記熱交換器は、前記チャンバの内壁に沿って複数配置されていることを特徴する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の顕微鏡装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の顕微鏡装置と、
該顕微鏡装置で取得された前記被検物の画像を表示する表示装置と、
を備えることを特徴とする顕微鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物レンズの温調機構を備える顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕微鏡装置を用いて被検物を観察する際に、その被検物と対物レンズとの距離を測定および制御することにより、フォーカスを調整する方法が知られている。しかし、周囲環境の温度変動等により、例えば、対物レンズにおける光学素子の屈折率変化や、光学素子を保持する鏡筒の熱変形などが生じ、フォーカス位置が変動してしまう場合がある。よって、対物レンズのフォーカス変動を抑制して光学性能を保証するために、対物レンズの温度を適切に管理する必要がある。
【０００３】
特許文献１では、顕微鏡部を筐体に収容し、熱交換器によって暖められた空気を筐体内で循環させることにより温調を行う顕微鏡装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００７／１４５２３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、顕微鏡装置において高解像度の対物レンズを用いる場合、周囲環境の温度変動による影響を抑制するために、対物レンズに対する高精度な温度管理が要求される。しかし、液冷に用いる液体等と比較して空気は熱容量が小さいため、特許文献１の構成によって対物レンズの温調を行うためには大量の温調空気が必要となるので、装置全体の大型化およびコスト・アップを招いてしまう。
【０００６】
そこで、本発明の例示的な目的は、装置全体の大型化を招くことなく、対物レンズを高精度に温調することができる顕微鏡装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての顕微鏡装置は、被検物を結像する対物レンズと、熱輸送部材を含み該対物レンズを囲うチャンバと、該チャンバの内部に温調空気を供給する温調器と、前記熱輸送部材と熱的に接続されて前記温調空気と熱交換を行う熱交換器と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の更なる目的またはその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、装置全体の大型化を招くことなく、対物レンズを高精度に温調することができる顕微鏡装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る顕微鏡システム１００の概略図。
【図２】本発明の実施形態に係るスライド３０の概略図。
【図３】本発明の実施形態に係る対物レンズ４０の概略図。
【図４】本発明の実施形態に係る顕微鏡装置１のフォーカス位置の説明図。
【図５】本発明の実施例１に係るチャンバ５０１の概略断面図。
【図６】本発明の実施例１に係る熱交換器５０３の配置を説明するための概念図。
【図７】本発明の実施例２に係るチャンバ６０１の概略断面図。
【図８】本発明の実施例３に係るチャンバ７０１の概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る顕微鏡システム１００の概略図である。顕微鏡システム１００は、スライド３０を撮像して画像を取得する顕微鏡装置１と、顕微鏡装置１で取得した画像を表示する表示装置３とを備える。この顕微鏡装置１は、スライド３０を照明する照明ユニット１０と、スライド３０を結像する対物レンズ４０と、スライド３０を撮像する撮像ユニット５０と、画像取得のための制御を行う制御系２と、を有する。
【００１３】
照明ユニット１０は、光源部（不図示）と、光源部からの光をスライド３０へ導く照明光学系（不図示）とを含む。光源部の光源としては、白色光源またはＬＥＤ光源などを用いることができる。本実施形態における光源は、ＲＧＢの各波長を持つＬＥＤを備え、各波長の光が切り替え可能な構成としている。ここで、白色光源を用いる場合は、カラーフィルタとの組み合わせによりＲＧＢの各波長の光を生成する構成としてもよい。
【００１４】
スライドステージ２０は、スライド３０を保持する保持部（不図示）と、保持部をＸＹ方向に移動するＸＹステージ２２と、保持部をＺ方向に移動するＺステージ２４を含む。このスライドステージ２０により、スライド３０の位置の調整を行うことができる。ここで、Ｚ方向は、対物レンズ４０の光軸方向に相当し、ＸＹ方向は、その光軸に垂直な方向に相当する。ＸＹステージ２２およびＺステージ２４には、照明ユニット１０からの光を通過させるための開口が設けられている。
【００１５】
図２（ａ）は、被検物の一例であるスライド３０の上面図であり、図２（ｂ）は、スライド３０の断面図である。スライド３０は、スライドガラス３０３上に配置された試料３０２（組織切片等の生体サンプルなど）が、カバーガラス３０１および接着剤３０４で密封された構成となっている。スライドガラス３０３上には、例えばスライドガラス３０３の識別番号や、カバーガラス３０１の厚さなどの、スライド３０（試料３０２）を管理するために必要な情報が記録されたラベル（バーコード）３３３が貼付されていてもよい。なお、本実施形態では観察対象となる被検物としてスライド３０を例示したが、例えば外観検査（異物の付着、キズの検査等）を行う目的で、基板などを被検物としても良い。
【００１６】
図３は、対物レンズ４０の概略図である。対物レンズ４０は、不図示の鏡筒により保持される光学素子（レンズやミラー）を含み、スライド３０を所定の倍率で拡大して撮像ユニット５０の撮像面上に結像するための結像光学系である。本実施形態においては、対物レンズ４０は、スライド３０の観察面（物体面Ａ）と撮像ユニット５０の撮像面（撮像面Ｂ）とが光学的に共役となるように配置されている。なお、対物レンズ４０の物体面側の開口数ＮＡは、０．７以上となるように設計することが好ましい。また、対物レンズ４０の光学設計は、スライド３０の観察を行う環境の温度を参考にして行われる。例えば、平均的な環境温度が２０℃のとき、２０℃を基準として設計される。この場合、光学性能が保障される対物レンズ４０の温度は１０℃〜３０℃程度であり、この温度範囲で画像取得を行うことが必要となる。
【００１７】
図１に示した制御系２は、ＣＰＵ、メモリ、ハードディスクなどを含むコンピュータによって構成される。制御系２は、顕微鏡装置１を制御して撮像を行うとともに、顕微鏡装置１で撮像したスライド３０のデータを処理することで、デジタル画像を作成する。例えば、制御系２は、スライドステージ２０をＸＹ方向に移動しながら、スライド３０を複数回撮像し、取得した複数の画像を合成することで、１枚の試料３０２の画像を作成する。また、光源部からのＲＧＢの各波長の照明光を用いてスライド３０の撮像を行う場合、制御系２によってそれぞれのデータを合成することで、試料３０２のカラー画像を作成することができる。
【００１８】
次に、図４に示す要部断面図を用いて、顕微鏡装置１のキャリブレーションおよびフォーカス調整の方法について説明する。まず、スライド３０をＺステージ２４によりＺ方向に移動しながら複数回撮像する。そして、取得した画像を確認しながらフォーカス位置を求め、この時の対物レンズ４０とスライド３０との距離Ｚ０を制御系２に記憶させておく。ここで、対物レンズ４０に、例えば干渉レーザ変位計などのＺセンサ４０１を備え、そのＺセンサ４０１の位置に応じてＺステージ２４の上面にレーザ反射板（不図示）を設けることで、距離Ｚ０を計測することができる。このようなキャリブレーションにより、フォーカス位置（距離Ｚ０）を予め求めておき、それを基準としてＺステージ２４の位置を制御することで、スライド３０とは異なる被検物を観察する際にも容易にフォーカス調整を行うことができる。なお、キャリブレーションの際には、スライド３０とは別のテスト用のスライドを用いて距離Ｚ０を求めてもよい。
【００１９】
しかし、周囲環境の温度変動に伴って対物レンズ４０の温度が変化すると、熱変形や屈折率変化により対物レンズ４０の光学特性が変動してしまう。すなわち、フォーカスが合う時の対物レンズ４０とスライド３０との距離も、周囲環境の温度によって変動し、前述したフォーカス調整方法により求めた距離Ｚ０に対してずれてしまう。例えば、図４（ｂ）に示すように、環境温度が上昇すると、フォーカスが合う時の対物レンズ４０とスライド３０との距離が、距離Ｚ０よりも小さい距離Ｚ１となり、フォーカス位置が対物レンズ４０側にずれてしまう。なお、図４（ｂ）では、スライド３０側におけるフォーカス位置のずれを示しているが、撮像ユニット５０の撮像面に対するスライド３０の像のずれをフォーカス位置のずれとして考えてもよい。
【００２０】
したがって、スライド３０の撮像においては、フォーカス位置が周囲環境の温度変動に伴って変動しないように、対物レンズ４０の温度を管理する必要がある。そこで、本実施形態に係る顕微鏡装置１では、熱輸送部材を含むチャンバで対物レンズ４０を囲い、温調器によりチャンバ内の空気を温調するとともに、熱交換器によって熱輸送部材の熱を外部に放出する構成となっている。その結果、大量の温調空気を供給する大型な温調機構を用いることなく、対物レンズ４０を高精度に温調することができるため、周囲環境の温度変動に伴うフォーカス位置のずれの発生を抑制することができる。
【００２１】
以下、本実施形態に係る対物レンズ４０の温調機構について、各実施例において詳細に説明する。
【００２２】
［実施例１］
図５は、顕微鏡装置１における対物レンズ４０を囲うチャンバ５０１の概略断面図であり、熱回路網法を利用して熱の流れを示したものである。熱回路網法とは、伝熱経路を電気回路に見立てる伝熱解析の手法である。本実施例では、対物レンズ４０の温度分布を小さいものと想定し、対物レンズ４０の平均温度を１個の温度節点＃４としてモデル化している。同様に、周囲環境、断熱部材５０１ａ、熱輸送部材５０１ｂ、熱交換器５０３（詳細は後述）についても、それぞれ温度節点＃１、＃２、＃３、＃５としてモデル化する。また、温調器５０２（詳細は後述）から供給される温調空気は、温度が均一と見なせる領域ごとに１個の温度節点でモデル化している。図５に示すように、温調空気の上流、中流、下流、チャンバ出口の各領域に対して、それぞれ温度節点＃６、＃７、＃８、＃９が割り振られている。ここで、隣接する温度節点間の温度差をΔＴ［℃］、隣接する温度節点間の熱抵抗をＲ［Ｋ／Ｗ］、隣接する温度節点間を流れる熱量をＱ［Ｗ］とすると、各温度節点における温度は、ΔＴ＝Ｒ×Ｑなる式およびそれぞれの境界条件に基づいて算出される。なお、熱抵抗Ｒは、温度節点間の部材の熱伝導率や形状、あるいは空気の流速を考慮して算出される。
【００２３】
以下、本実施例に係る温調機構の構成について詳細に説明する。
【００２４】
本実施例に係るチャンバ５０１は、熱伝導性の低い材料からなる断熱部材５０１ａと、熱伝導性が高い熱輸送部材５０１ｂとを含み、熱輸送部材５０１ｂの外側に断熱部材５０１ａが配置された構成になっている。断熱部材５０１ａによれば、周囲環境（節点＃１）の温度変動に対する断熱効果を向上させ、周囲環境の温度変動による対物レンズ４０（節点＃４）への影響を低減することができる。断熱部材５０１ａの材料としては、例えば硬質ウレタン樹脂などを用いることができ、その熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。また、熱輸送部材５０１ｂは、例えば銅部材およびヒートパイプによりＺ方向の熱伝導性を高める構成とすることができ、その等価熱伝導率は１５０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。熱輸送部材５０１ｂは、例えば、厚さが５ｍｍ程度で、直径が対物レンズ４０を囲むことができる大きさである円柱形の銅部材の内部に、ヒートパイプ（直径は３ｍｍ程度）をＺ方向に数本〜数十本程度配置することにより形成される。なお、チャンバ５０１の上部および下部には、照明光の光路を遮らないように開口が設けられている。
【００２５】
温調器５０２は、熱輸送部材５０１ｂと対物レンズ４０との間に形成される流路に、温調した空気を供給することで、チャンバ５０１内の温度を調節する。本実施例では、温調空気を、チャンバ５０１の上方から供給し、チャンバ５０１の下方（節点＃９）から流出させている。例えば、回収機構（不図示）として、チャンバ５０１を含む顕微鏡装置１を覆うケースと、ケースおよび温調器５０２を接続するダクトとを備えることにより、チャンバ５０１内の空気を循環させることができる。
【００２６】
熱交換器５０３は、熱輸送部材５０１ｂと熱的に接続しており、熱輸送部材５０１ｂおよびチャンバ５０１内の温調空気と熱交換を行う。本実施例における熱交換器５０３は、熱輸送部材５０１ｂの内壁に沿って対物レンズ４０を囲むように、複数配置されている。熱交換器５０３としては、例えばアルミや銅などの熱伝導性の高い金属で形成され、複数のフィンを有するヒートシンクを用いることができる。なお、熱交換器５０３と熱輸送部材５０１ｂとの間に、熱伝導グリスや熱伝導シート（不図示）などを貼付することで、それぞれの間の接触熱抵抗を下げ、熱伝導性を高めることができる。また、熱交換器５０３に用いるヒートシンクの個数、サイズ、フィンの形状および個数は、それが必要とする熱抵抗と、温調器５０２から供給される温調空気の流速とによって適宜決定される。
【００２７】
ここで、本実施例に係る熱交換器５０３は、対物レンズ４０と熱交換器５０３との距離ｄ［ｍ］に対して、熱交換器５０３の上端（上流端）とチャンバ５０１の下端（下流端）との距離Ｚ［ｍ］が、下記の条件式（１）を満たすように配置されている。
Ｚ＜Ｃ×ｕ×ｄ２・・・・・・（１）
【００２８】
なお、ｕ［ｍ／ｓ］はチャンバ５０１の内部の温調空気の流速（対物レンズ４０の鏡筒の外壁に沿う方向）を、Ｃは定数０．０４８９／ν×Ｐｒ２／３を示している。ただし、ν［ｍ２／ｓ］は温調空気の動粘性係数（２７℃の時１．５８３×１０−６）、Ｐｒはプラントル数（２７℃の時０．７１７）である。また、前記の距離ｄは、対物レンズ４０の鏡筒の外壁と熱交換器５０３における熱交換を行う端部（本実施例ではヒートシンクにおけるフィンの先端）との距離を示している。さらに、前記の距離Ｚは、熱交換器５０３における熱交換を行う部分の上流端とチャンバ５０１の下流端との流速ｕの方向における距離を示している。例えば本実施例のように、熱交換器５０３としてヒートシンクを用いる場合は、複数のフィンのうち一番上流側にあるフィンの上端部が上流端となる。また、本実施例における流速ｕの方向は対物レンズ４０の光軸方向（Ｚ方向）に一致しているため、距離ＺはＺ方向の距離を示している。
【００２９】
以下、図６を用いて条件式（１）について説明する。図６（ａ）は、熱交換器５０３から放熱される熱の影響により温度境界層５０４が発達していく様子を示すものである。ここでの温度境界層５０４とは、温調空気の流れの中で壁面近傍の温度が急変する領域のことである。温度境界層５０４は、熱交換器５０３の前縁５０３ａから後縁５０３ｂに向けて発達し、熱輸送部材５０１ｂ側に流れる。ここで、図６（ａ）に示すように、熱交換器５０３から測った時の温度境界層５０４の厚さの最大値をδとする。すると、温度境界層５０４が対物レンズ４０と接触しないようにして、熱交換器５０３から対物レンズ４０に伝わる熱量を低減させるためには、下記の条件式（２）を満たせば良いことがわかる。
δ＜ｄ・・・（２）
【００３０】
このδの大きさを評価するために、図６（ｂ）に示す平板５１０を温調空気の流れの中に配置した場合を考える。この平板５１０を、熱交換器５０３と同じ温度で均一に加熱すると、温度境界層は前縁から後縁に向かって発達する。ここで、平板５１０の前縁からの距離Ｚの位置における温度境界層の厚さをδ０とすると、図６（ａ）における熱交換器５０３からの温度境界層５０４の厚さの最大値δに対して、
δ＜δ０・・・（３）
なる条件式が成り立つ。これは、図６（ａ）に示すように、温度境界層５０４は熱交換器５０３の後縁５０３ｂから熱輸送部材５０１ｂに向かって流れるため、δがδ０以上に発達することはないからである。
【００３１】
また、図６（ｂ）で示したような平板５１０に対する温度境界層は、伝熱工学の分野でよく知られており、δｖを速度境界層の厚さとすると、
δ０／δｖ＝１／１．０２６×Ｐｒ−１／３・・・（４）
δｖ／Ｚ＝４．６４／Ｒｅ１／２・・・（５）
なる式で与えられる。ただし、Ｒｅはレイノルズ数（Ｒｅ＝ｕ×Ｚ／ν）である。この式（４）および（５）と、条件式（２）および（３）とにより、前述した条件式（１）が得られる。したがって、条件式（１）を満たすように熱交換器５０３を配置することにより、熱交換器５０３で発達した温度境界層５０４が対物レンズ４０に接触することを抑制し、熱交換器５０３から対物レンズ４０への伝熱量を低減することができる。
【００３２】
次に、本実施例に係る温調機構の作用および効果について説明する。
【００３３】
まず、温調器５０２からチャンバ５０１内部に温調空気を供給することにより、管理温度を目標として対物レンズ４０を温調する。この管理温度は、対物レンズ４０の光学設計時に想定した基準温度や、キャリブレーション時の周囲温度などに基づいて決定される。しかし、周囲温度（節点＃１）は顕微鏡装置１の使用環境に応じて変動するため、チャンバ５０１内部との間に温度差が生じて熱の流れが生じる。例えば、周囲温度（節点＃１）が上昇して、チャンバ５０１内部の温度よりも相対的に高くなった場合を考える。この場合、節点＃１からの熱は、まずチャンバ５０１の外側である断熱部材５０１ａ（節点＃２）に流入する。この断熱部材５０１ａは、周囲環境に対して完全な断熱性を有するわけではないため、節点＃２からの熱は、熱伝導によりチャンバ５０１の内側である熱輸送部材５０１ｂ（節点＃３）に伝わる。
【００３４】
ここで、仮に、熱輸送部材５０１ｂが本実施例のような高い熱伝導性を有する部材でない場合を想定すると、節点＃３からの熱の大半は温調空気（節点＃７）に流入することになる。すると、空気の単位体積あたりの熱容量は小さいので、温調空気（節点＃７）の温度は上昇し、対物レンズ４０（節点＃４）の温度変動を引き起こしてしまう。
【００３５】
一方、本実施例に係る熱輸送部材５０１ｂは、銅部材およびヒートパイプから構成され、Ｚ方向の熱伝導性が高いので、熱輸送部材５０１ｂ（節点＃３）に流入した熱の大半は熱交換器５０３（節点＃５）に移動する。よって、熱輸送部材５０１ｂ（節点＃３）と対物レンズ４０（節点＃４）との間にある温調空気（節点＃７）には、周囲環境からの熱はほとんど流入しない。また、熱交換器５０３（節点＃５）は、温調空気（節点＃８）に熱を放出するが、前述の条件式（１）を満たすように配置されているので、節点＃８からの熱は、対物レンズ４０に影響を与えずにチャンバ５０１の下方（節点＃９）から外部に放出される。したがって、周囲環境の温度変動に伴う温調空気の温度変動を抑制でき、対物レンズ４０の管理温度を安定して維持することができる。
【００３６】
以上、本実施例に係る顕微鏡装置１は、温調機構として、内側に熱輸送部材５０１ｂを含むチャンバ５０１と、チャンバ５０１内部の流路の出口に配置される熱交換器５０３と、を備えている。これにより、チャンバ５０１内部の温調空気の流量を減らしても、周囲環境と対物レンズ４０との間の熱の流れを低減することができる。すなわち、周囲環境の温度変動が生じる場合でも、装置全体の大型化を招くことなく、対物レンズ４０を高精度に温調することができる。
【００３７】
［実施例２］
以下、図７を参照して、本発明の別の実施例について説明する。なお、以下の説明において、実施例１と同一または同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。
【００３８】
図７は、顕微鏡装置１における対物レンズ４０を囲うチャンバ６０１の概略断面図であり、熱回路網法を利用して熱の流れを示したものである。本実施例に係るチャンバ６０１は、実施例１と同様に、熱伝導性の低い材料からなる断熱部材６０１ｂと、熱伝導性が高い熱輸送部材６０１ａとを含んでいるが、断熱部材６０１ｂの外側に熱輸送部材６０１ａが配置されている点で、実施例１と異なる。ここで、断熱部材６０１ｂがチャンバ６０１の内側として配置された場合、その材料によっては、表面の経年変化などによりパーティクルが生じ、それがスライド３０上に落下して撮像画像に影響を及ぼす恐れがある。そこで、断熱部材６０１ｂの材料として、例えばセラミックス部材などを用いることで、パーティクルの発生を抑止することができる。また、熱交換器６０３は、実施例１と同様に、熱輸送部材６０１ａと熱的に接続され、条件式（１）を満たすように配置されている。
【００３９】
本実施例に係る顕微鏡装置１において、周囲温度（節点＃１）が上昇した場合、節点＃１からの熱は、まずチャンバ６０１の外側である熱輸送部材６０１ａ（節点＃２）に流入する。節点＃２からの熱は、熱伝導によりチャンバ６０１の内側である断熱部材６０１ｂ（節点＃３）に伝わる。そして、節点＃２からの熱は、熱交換器６０３（節点＃５）に移動し、節点＃５から温調空気（節点＃８）に放出される。
【００４０】
本実施例においても、熱交換器６０３は条件式（１）を満たすように配置されているので、節点＃８に放出された熱は、対物レンズ４０（節点＃４）に影響を与えずにチャンバ６０１の下方（節点＃９）から外部に放出される。また、実施例１に係る熱輸送部材５０１ｂがチャンバ５０１の内側に配置されているのに対して、本実施例では、チャンバ６０１の内側を熱伝導性の低い断熱部材６０１ｂ（節点＃３）で構成している。すなわち、熱輸送部材６０１ａは温調空気と接しないため、節点＃２からの熱が節点＃７へ放出されるのを防ぐことができる。よって、本実施例のチャンバ６０１によれば、熱輸送部材６０１ａと温調空気との間の断熱性を高めることができ、実施例１よりも高い効果を得ることができる。したがって、周囲温度（節点＃１）から温調空気（節点＃７）への伝熱量を低減させることができ、対物レンズ４０（節点＃４）の管理温度を安定して維持することができる。
【００４１】
以上、本実施例に係る顕微鏡装置１は、温調機構として、外側に熱輸送部材６０１ａを含むチャンバ６０１と、チャンバ６０１内部の流路の出口に配置される熱交換器６０３と、を備えている。これにより、チャンバ６０１内部の温調空気の流量を減らしても、周囲環境と対物レンズ４０との間の熱の流れを低減することができる。すなわち、周囲環境の温度変動が生じる場合でも、装置全体の大型化を招くことなく、対物レンズ４０を高精度に温調することができる。
【００４２】
［実施例３］
以下、図８を参照して、本発明の別の実施例について説明する。なお、以下の説明において、上述した他の実施例と同一または同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。
【００４３】
図８は、顕微鏡装置１における対物レンズ４０を囲うチャンバ７０１の概略断面図であり、熱回路網法を利用して熱の流れを示したものである。本実施例に係るチャンバ７０１は、外側の熱輸送部材７０１ａと、内側の熱輸送部材７０１ｂと、ペルチェ素子７０４と、温度センサ７０５と、を含んでいる。熱輸送部材７０１ａおよび７０１ｂは、上述した他の実施例と同様に銅部材およびヒートパイプを含み、Ｚ方向の熱伝導性を高める構成となっている。また、熱交換器７０３が、外側の熱輸送部材７０１ａと熱的に接続され、条件式（１）を満たすように配置されているが、内側の熱輸送部材７０１ｂとは熱的に分離している。
【００４４】
ペルチェ素子７０４は、熱交換器７０３よりも上流側において、外側の熱輸送部材７０１ａと内側の熱輸送部材７０１ｂとの間で強固に固定されており、放熱面７０４ａおよび吸熱面７０４ｂにおいてそれぞれと熱的に接触している。また、放熱面７０４ａおよび吸熱面７０４ｂに、熱伝導グリスや熱伝導シート（不図示）などを貼付することで、熱輸送部材７０１ａおよび７０１ｂとの間の接触熱抵抗を下げることができる。なお、ペルチェ素子７０４の個数は、その性能と、熱輸送部材７０１ａおよび７０１ｂの熱輸送性能（熱抵抗）などによって、適宜決定される。温度センサ７０５は、内側の熱輸送部材７０１ｂに設けられており、図１で説明した制御系２は、温度センサ７０５の計測値に基づいて、ペルチェ素子７０４の電流値を制御することで、内側の熱輸送部材７０１ｂの温度を制御する。
【００４５】
本実施例に係る顕微鏡装置１において、ペルチェ素子７０４の、外側の熱輸送部材７０１ａとの放熱面７０４ａは、外側の熱輸送部材７０１ａを介して、熱交換器７０３と熱的に接続している。そして、熱交換器７０３は、温調器５０２から供給される温調空気（節点＃８）と熱交換するので、上流側にあるペルチェ素子７０４の放熱面７０４ａの温度を安定させることができる。よって、ペルチェ素子７０４の電流値制御を容易に行うことができ、ペルチェ素子７０４の吸熱面７０４ｂを精度良く所望の温度に管理できる。すなわち、ペルチェ素子７０４および温度センサ７０５によって、内側の熱輸送部材７０１ｂの温度を制御することができる。また、本実施例に係る熱輸送部材７０１ｂの構成は高い均熱性を有するので、少ない数のペルチェ素子７０４で熱輸送部材７０１ｂを均一に温度制御することができる。したがって、周囲環境（節点＃１）の温度が変動しても、熱輸送部材７０１ｂ（節点＃３）の温度を管理することで、温調空気（節点＃７）および対物レンズ４０（節点＃４）の管理温度を安定して維持することができる。なお、他の実施例と同様に、節点＃８において熱交換された温調空気は、対物レンズ４０（節点＃４）に影響を与えずにチャンバ７０１の下方（節点＃９）から外部に放出される。
【００４６】
以上、本実施例に係る顕微鏡装置１は、温調機構として、熱輸送部材７０１ａおよび７０１ｂと、ペルチェ素子７０４と、温度センサ７０５と、を含むチャンバ７０１と、チャンバ７０１内部の流路の出口に配置される熱交換器７０３と、を備えている。これにより、チャンバ７０１内部の温調空気の流量を減らしても、周囲環境と対物レンズ４０との間の熱の流れを低減することができる。すなわち、周囲環境の温度変動が生じる場合でも、装置全体の大型化を招くことなく、対物レンズ４０を高精度に温調することができる。
【００４７】
［その他の実施例］
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは言うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【００４８】
例えば、上述した各実施例における熱輸送部材は、円柱形の銅部材の内部にヒートパイプを配置した構成であるが、ヒートパイプの代わりに、銅部材の内部に液冷管を配置してもよい。この場合、液冷管の液体を小型ポンプで循環させるので、ヒートパイプを用いる場合よりも熱輸送性能を向上させることができる。なお、液冷管は、円柱形の銅部材の内部に沿ってろう付けしてもよい。また、銅部材の代わりに、アルミなどの熱伝導性の高い金属部材を用いてもよい。すなわち、金属部材の材料や、ヒートパイプおよび液冷管の配置方法は、本発明を限定するものではない。
【００４９】
また、実施例１および２における各チャンバは、熱輸送部材と断熱部材とにより構成される２層構造であるが、熱輸送部材を断熱部材で挟み込んだ３層構造としてとしてもよい。さらに、実施例３における熱輸送部材７０１ａの外側に断熱部材を設ける構成として、周囲温度に対する断熱性を高めてもよい。
【００５０】
さらに、各実施例において、チャンバ、熱交換器、温調器などを含む温調機構の位置を上下逆さにして配置することにより、温調空気を下から上へ流す構成としてもよい。その場合、熱交換器の下端（上流端）とチャンバ５０１の上端（下流端）との距離Ｚが条件式（１）を満たすように、熱交換器を配置すればよい。
【符号の説明】
【００５１】
１  顕微鏡装置
４０  対物レンズ
５０１  チャンバ
５０１ｂ  熱輸送部材
５０２  温調器
５０３  熱交換器
ｕ  温調空気の流速［ｍ／ｓ］
ｄ  対物レンズと熱交換器との距離［ｍ］
Ｚ  熱交換器の上流端とチャンバの下流端との距離［ｍ］
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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